IGBT모듈

개요

IGBT에 대한 내용 입니다. IGBT는 Insulated Gate Bipolar Transistor의 머릿글자를 모아 명명한 약어로 IGBT라고 합니다. 내용은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 약자입니다. 바이폴라 트랜지스터의 일종이지만 바이폴라 트랜지스터가 베이스 전류를 통해 컬렉터 전류를 제어하는 전류구동형 소자인데 비해 IGBT는 게이트 전압을 통해 컬렉터 전류를 제어하는 전압구동형 소자입니다.

IGBT 불량 판별법

간단한 IGBT 불량 판정 방법 시중에서 IGBT의 수급이 일정하지 않은 관계로 응급처치 방법으로 중고 IGBT를 구입하게 된다면 반드시 아래 방법으로. IGBT 불량 여부를 확인하는 것이 좋습니다. 현장에서 IGBT를 점검할 경우에는 반드시 Collector와 Emiter에 연결되어 있는 배선이나 부품을 분리하여 점검하여야 합니다.

Transistor Module경우에는 C-E 분리하지 않고 베이스와 에미터 간의 측정 이 가능하였으나 IGBT인 경우에는 C-E 간에 미소의 잔류 전압이 잔존한 상태에서 Gate와 Emiter를 오픈하면 100% IGBT가 파손 (소손)됩니다. IGBT는 입력임피이던스가 무한대이므로 약간의 전위에서도 손상이 가는 것이 바로 IGBT입니다. 현장에서는 간혹 C 그리고 E간이 부착되어 있는 상태에서 Gate와 Emiter를 분리하여 측정하지만 그 순간에 벌써 IGBT는 소손됩니다. 수리하려고 측정하는 순간에 파손되기 때문에 전체의 원인파악자체가 어렵게 됩니다. 테스터기로 IGBTD의 고장확인 방법은 Analog Multitester의 약 1000X Range로 설정하여 Gate-Emiter 간 측정하면 저항값은 무한대 입니다. 물론 10000 Range에도 무한대로 나와야 하지만 간혹 습기관계로 수Mega Ohm정도가 나올수 있습니다.양쪽 방향으로 측정해서 전혀 바늘이 움직이지 않으면 정상입니다.물론 외형이 금이 갔다든지 파손된 흔적이 있는 경우는 제외하고 모듈인 경우 Gate-Emiter간 양방향 모두 무한대가 나오면 정상인 모듈로 보시면 됩니다. 아래 표를 참고하시면 됩니다.

IGBT TEST.

설명

IGBT란 전기 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능을 빠르게 수행할 수 있게 만든 고전력 스위칭용 반도체를 말합니다. FET의 장점은 입력임피던스가 높기 때문에 드라이브가 쉽고, 간단하며 또한 소수캐리어 축척이 없기 때문에 고속으로 동작이 가능합니다. 다만 고압이 되면 gate의 절연층두께가 두꺼워지면서 Ron 저항을 낮추는 것이 힘듭니다. 반면에 TR의 경우는 고압, 대전류라도 쉽게 저렴하게 만들 수 있는 반면 고속스위칭이 힘들고, BASE 전류가 높기 때문에 드라이브단의 구성이 힘들어 집니다.이두 가지 소자의 장점을 끄집어 내어 만든 것이 IGBT 입니다.

인바터 IGBT판별

 

구조는 입력 GATE 쪽은 FET처럼 만들고 출력측은 TR처럼 만들어 고압,대전류에서는 높은 효율과 빠른 스피드, 간단하게 드라이브 시킬수 있게끔 만든것이죠.IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor)는전력용 반도체의 일종으로 정확하게 고전력 스위칭용 반도체를 뜻합니다.전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능은 다른 부품이나 회로로도 구현할 수 있지만 정밀한 동작을 필요로 하는 제품일수록 동작속도가 빠르고 전력의 손실이 적은 전용부품을 필요로 하게 됩니다.그러나 기존 스위칭반도체인 트랜지스터는 가격이 저렴한 대신 회로구성이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있습니다.MOSFET는 저전력이고 속도가 빠른 대신 비싼 단점이 있습니다.IGBT는 바로 이 두 제품의 장점만을 결합한 제품으로 평가받고 있다.Insulated Gate Bipolar Transistor 의 약자로서 고속스위칭 소자입니다.턴오프시간이 1㎲로 초당 15000 번 이상 스위칭이 가능합니다.최대정격은 1.2kV, 400A 입니다.평활된 DC 전압을 펄스로 스위칭해서 Power Transistor 는 초당 1000 ~ 3000 번으로 고속 스위칭이 불가능했지만 IGBT 를 사용하면은 전압파형이 안정되어 전류특성이 좋아지고 모터의 소음을 없앨수 있습니다.

IGBT

IGBT(Insulated Gate BiPolar Transistor)는 Junction Transistor와 MOSFET(Metal Oxide Film Field Effect Transistor)의 장점을 조합한 트랜지스터이다 게이트가 얇은 산화실리콘 막으로 격리(절연)되어 있어서 게이트에 전류를 흘려서 on-Off 하는 대신 전계(Field Effect)를 가해서 제어한다.MOSFET에는 n채널형 p채널형이 있고 이들 각각에는 그림과 같이 Enhancement형과 Depression형이 있다.Enhancement형은 게이트 전압이 0 일 때는 S (Source) 와 D(Drain) 사이가 부도통 상태로 있다가 게이트에 양(+)의 전압 (바이어스)을 가하면 도통 상태로 되는 것이며,Depression형은 반대로 게이트 전압이 0 일 때는 S (Source) 와 D(Drain) 사이가 도통 상태로 있다가 게이트에 부(-)의 전압 (바이어스)을 가하면 부도통 상태로 되는 것을 말합니다. Junction Transistor는 베이스가 2개 또는 그 이상의 접합 전극에 의해서 샌드위치 모양으로 사이에 끼워진 구조의 트랜지스터를 말한다 Bi-polar Transistor는 양 또는 음 2종류의 전하 운반체 (전자 또는 정공)을 사용하여 동작하는 트랜지스터를 말한다.이에 대해 전자 또는 정공 어느 하나만으로 동작하는 트랜지스터를 Uni-polar Transistor라고 합니다.MOSFET와 Bipolar transistor의 장점만을 취할 수 있도록 되어 있는 IGBT의 해석에는 일반적으로 MOSFET + Diode model과 MOSFET + BJT model두가지가 많이 사용됩니다.

MOSFET

어떤 모델을 사용하든 관계는 없지만 MOSFET + BJT model이 비교적 정확한 편입니다.IGBT가 탄생된 이유는 실제로는 MOSFET를 대체하기 위해서라고 할 수 있습니다.MOSFET의 경우 one-type carrier (electron or hole) 소자이기 때문에 항복전압을 높이거나 전류량을 높이는데 한계가 있었습니다.때문에 IGBT는 MOSFET의 이러한 단점을 보완하고 높은 항복전압과 전류를 얻고자 하는 취지에서 개발되었습니다.하지만 이런 IGBT에도 단점은 있습니다.바로 속도가 MOSFET에 비해 느리다는 것입니다.실제로 IGBT는 electron가 hole의 두가지 carrier를 모두 사용하게 되는데 이로 인해 turn-off시간이 MOSFET에 비해 길다는 단점이 있습니다. 최근에는 고속 IGBT를 만들기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나 아직까지 IGBT의 switching frequency는 100kHz 이하인 것이 대부분입니다.

 

현재 생산 판매 중인 IGBT의 용량은 대부분 600V, 1200V 정도의 항복전압에 전류용량은 10A내외의 것이 많습니다. 주로 Inverter에 많이 사용되고 있으며 최근에는 자동차의 injection coil driver 나 PDP 구동 driver에 적용되고 있기도 합니다. 전 세계적으로 IGBT를 생산하고 있는 회사는 많습니다만 대략미쯔비시. SANREX.FUJI.SAMSUNG.ABB. 등의 회사들이 있습니다.

방열에 대하여

IGBT모듈의 경우 방열을 위해 전용 그리스를 취부밑면에 바른 뒤에 취부 하게 되는데 이때 그리스를 고루 바르도록 해야만 합니다. 고열로 인하여 제품성능을 방해할 수 있습니다. 인버터 회로에서는 브리지 접속한 IGBT에서 모터 등의 유 도성 부하의 전류를 on.OFF 함으로써 부하를 제어합니다. 따라서 IGBT 이외에 부하전류를 전류(轉流)시키기 위한 다이 오드(FWD：Free Wheeling Diode)가 필요하다. 시판되고 있는 IGBT, 특히 모듈 타입의 제품에서는 FWD를 내장시킨 것이 일반적입니다. 또한. IGBT의 게이트는 MOS구조이기 때문에 정전기에 취약합니다. 따라서 작업자는 항상 정전기에 대한 대책을 세운뒤에 작업을 진행하는 것이 좋습니다.

IGBT에 관련된 취급 관련 내용 설명 입니다.